آشنایی با اشعه فرابنفش و استفاده از ان در سیستم گند زدایی آب

استفاده از سیستم گندزادیی UV در تصفیه آب و فاضلاب، سبب از بین رفتن میکرو ارگانیسم های بیماری زا و مقاوم نسبت به کلر بدون برجای گذاشتن اثر نامطلوبی بر محیط زیست می گردد. این دستگاه در مسیر آب داخل لوله نصب می شود و باعث ضدعفونی شدن آب در همان لحظه تابش اشعه می باشد. سرویس و نگهداری ساده دستگاه و عدم تغییر یافتن خواص فیزیکی و شیمیایی آب، از دیگر نکات مثبت این دستگاه محسوب می شوند.

اشعه ماوراء بنفش ناحیه ای از امواج الکترومغناطیسی است که بین ناحیه امواج نور مرئی و اشعه های ایکس قرار دارد. طول موج پرتو ماورای بنفش بین 100 تا 400 نانومتر می باشد.

اشعه ماورای بنفش تقریبا 150 سال پیش کشف شد و اولین لامپ های UV تجاری در اوایل دهه ی 1900 ساخته شدند. با پیشرفت فناوری، در سال 1907 امکان استفاده از پرتو فرابنفش برای گندزدایی آب در فرانسه فراهم شد و اولین سیستم گندزایی با اشعه فرابنفش برای گندزایی پساب فاضلاب شهری در اواسط دهه 1970 نصب و بهره برداری شد. در اواسط دهه 1980، EPA فرایند گندزدایی با UV را به عنوان بهترین فناوری موجود برای گندزدایی فاضلاب معرفی کرد.

گندزدایی فاضلاب با تابش فرابنفش باعث تخریب و غیرفعال سازی بیشتر ویروس ها، اسپورها و کیست ها می شود. غیر فعال سازی میکروارگانیسم ها توسط UV یک فرایند فیزیکی یا بیوفیزیکی محسوب می شود. طول موج میکروب کشی امواج ماوراء بنفش در ناحیه نانومتر  250- 260 قرار دارد. تابش های الکترومغناطیسی که در این محدوده قرار دارند باعث تغییر پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک سلولی (یعنی DNA و RNA) می شود.

سیستم گندزدایی با اشعه فرابنفش انرژی الکترومغناطیسی را از یک لامپ جیوه ای به ارگانیسم های ژنتیکی DNA و RNA می شود. هنگامی که تابش فرابنفش به دیواره سلولی یک ارگانیسم نفوذ می کند، موجب تخریب توانایی تکثیر سلولی می شود.

دوز پرتو فرابنفش مورد نیاز برای حذف میکروارگانیسم ها و باکتری ها در سیستم گندزدایی با پرتو فرابنفش

بازدهی سیستم گندزدایی با اشعه فرابنفش به عواملی شامل ویژگی های فاضلاب، شدت تابش فرابنفش، مدت زمان قرارگیری میکرو ارگانیسم ها در معرض تابش، و شکل و ساختار راکتور بستگی دارد.

سیستم گندزدایی با UV صنعتی

کاربردهای سیستم گندزدایی با پرتو ماورا بنفش

گندزدایی با UV یکی از مکانیسم های مهم و اولیه برای غیرفعال سازی و تخریب ارگانیسم های بیماری زا و پاتوژنیک است که از گسترش بیماری هایی که توسط آب منقل می شوند به مصرف کنندگان آب و محیط زیست جلوگیری می کند. بنابراین برای تصفیه منابع آبی مختلف شامل موارد زیر کاربرد دارد:

– تولید آب آشامیدنی
– تصفیه آب چاه
– تصفیه آب های سطحی
– تصفیه فاضلاب بیمارستان ها و آزمایشگاه ها
– صنایع داروسازی و بهداشتی
– تصفیه فاضلاب های شهری
– تصفیه در صنایع تهیه آب بسته بندی
– – استریلیزه کردن ممبران ها
– – در سیستم تصفیه آب RO
– – منازل، هتل ها، رستوران ها
– و…

همچنین از اشعه UV میتوان برای ضد عفونی حبوبات، سبزی و میوه ها استفاده نمود.

مزایای سیستم های ضدعفونی با پرتو ماورای بنفش

– تخریب و حذف تمامی میکروارگانیسم های بیماری زا و مقاوم نسبت به کلر تا 99%
– حذف تمام میکروارگانیسم ها در همان لحظه تابش اشعه فرابنفش
– عدم نیاز به تولید، نگهداری، جابجایی و یا ذخیره سازی مواد شیمیایی خورنده سمی یا خطرناک
– حذف جزئی آلاینده های نوظهور مانند NDMA در گندزدایی با اشعه UV
– عدم تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی آب تصفیه شده شامل بو، مزه، طعم، pH و سایر ویژگی ها
– عدم افزایش میزان TDS فاضلای تصفیه شده در گندزدایی با اشعه فرابنفش
– حذف هرگونه اثرات ناشی از باقیمانده گندزداها، که می تواند برای سلامت و حیات انسان و موجودات آبزی مضر باشد
– زمان تماس کوتاه در مقایسه با سایر سیستم های گندزدایی
– راهبری و نگهداری ساده و آسان
– نیاز به فضای کم برای راهبری

اجرای سازنده و نحوه عملکرد فرایند گندزدایی با UV

در فرایند گندزدایی با پرتو فرابنفش، آب یا فاضلاب از میان راکتور یا محفظه محصور عبور می کند که دارای ردیفی از لامپ های UV می باشد. تابش فرابنفش ناشی از لامپ ها موجب غیرفعال سازی و تخریب میکروارگانیسم های موجود در آب و فاضلاب می شود. اجزای اصلی سازنده سیستم گندزدایی با UV شامل راکتور، لامپ ها، منبع تامین نیروی لامپ و بالاست (ballast)، یک سیستم مکانیکی برای نگهداری لامپ ها و سیستم کنترل می باشد. همچنین ممکن است به یک سیستم حسگر برای ارزیابی شدت اشعه فرابنفش و سیستم پاک سازی هم نیاز باشد.

لوازم و متعلقات سیستم فرا بنفش UV (منبع: نشریه 177سازمان برنامه و بودجه)
تجهیزات شرایط استفاده کارایی
اتاقک پرتوتابی UV جریان آب با پساب از اتاقک پرتوافشانی به جریان در طول مدت پیش بینی شده
جعبه کنترل یا تابلو برق و کلید راه اندازی با فرمان ازراه دور با لامپ اعلام وضعیت تنظیم جریان الکتریکی و کنترل کارکرد لامپ UV و اخبار
لامپ UV با اتصال سه راه با دستگاه تنظیم ساعت کار

با روشن کردن لامپ کمکی و تعویض ساعتی

برای پرتو افشانی و دستگاهی برای ثبت مدت پرتوافشانی و تعویض نوبتی لامپ در حال کار با لامپ کمکی
شیر برقی برای اجرای تعویض نوبتی لامپها
دستگاه کنترل دبی آب از نوع

Weir Over Flow Box

برای نگهداری جریان در حد تراز ماگزیمم در جوار لامپ
دستگاه اخطار اعلام خظر با آژیر برای اعلام سرریز یا کمبود تراز آب در جوار لامپ و یا سطح اشکالات پرتو افشانی
دستگاه انعکاس شدت نور فتوسل با جریان برق برای اندازه گیری پرتوافشانی و اعلام انرژی UV که از سطح لامپ تا کف آب تابیده است.
لامپ اندیکاتور با نور سبز و کهربایی اعلام کننده کاهش قدرت لامپ UV و نیاز به پاکسازی جدار لامپ یا تعویض
لامپ اندیکاتور نور قرمز اعلام خطر و کاهش پرتوافشانی به پایین تر از حد قابل اطمینان
لوازم و متعلقات سیستم فرا بنفش UV (منبع: نشریه 177سازمان برنامه و بودجه)

اجزای اصلی سازنده سیستم های ضدعفونی کننده فرابنفش در ادامه توضیح داده شده است:

لامپ های UV

لامپ های UV حاوی بخارات جیوه هستند و در اثر عبور جریان الکتریکی از بخار جیوه بین دو الکترود لامپ، اشعه UV تولید و منتشر می شود. لامپ های فرابنفش که برای تصفیه آب و فاضلاب بکار می روند شامل سه دسته زیر هستند:

– لامپ های فشار پایین و خروجی پایین یا LPLO (Low Pressure Low Output)
– لامپ های فشار پایین و خروجی بالا یا LPHO (Low Pressure High Output)
– لامپ های فشار متوسط یا MP (Medium Pressure)

هرکدام از انواع لامپ های تابش فرابنفش، تابش هایی با طول موج متفاوت تولید می کنند و مزایا و معایب خاص خود را دارند. در جدول زیر ویژگی های هریک از لامپ های UV اشاره شده است:

مقایسه ویژگی های انواع لامپ های تابش فرابنفش
پارامتر LPLO LPHO MP
طیف تک فام تک فام چند فام
توان خروجی (لامپ/ W) 90- 70 250- 200 5000- 1300
UV میکروب کش (به صورت % از توان خروجی) 40- 35 35- 30 20- 15
دما () 60- 40 200- 100 900- 600
عمر لامپ (b) 13000- 8000 10000- 8000 5000- 3000
تعداد لامپ ها نسبت به سیستم MP 15- 10 8- 4 1
جاگیری یا جانمایی زیاد متوسط کم

همچنین مقایسه بین مزایا و معایب لامپ های جیوه فشار پایین و لامپ های جیوه فشار متوسط در جدول زیر اشاره شده است:

مقایسه بین لامپ های جیوه ای فشار پایین و لامپ های جیوه ای فشار متوسط
پارامتر کم فشار فشار متوسط
مزایای رقابتی – کارایی میکروب کشی بالا، تقریبا تمام طیف UV خروجی در محدوده  254nm است.

– مصرف انرژی پایین به ازای هر لامپ (اگر یکی از لامپ ها خراب شود، کاهش کمی در دوز کلی تابش اتفاق می افتد)

– طول عمر بالای لامپ ها

– توان خروجی بالا

– تعداد لامپ های کمتر برای کاربری مورد نظر

– راکتورها و فضای مورد نیاز کمتر

معایب عمده – تعداد لامپ های بیشتری برای کاربری مورد نظر نیاز است.

– جانمایی زیادی دارند.

– راندمان تبدیل انرژی الکتریکی به UV میکروب کش در آنها پایین است.

– دمای بالای راهبری لامپ ها ممکن است کثیف شدن لامپ ها را تشدید کند.

– طول عمر پایین لامپ ها

منبع تامین نیروی لامپ و بالاست: منبع نیرو وبالاست به تامین انرژی مورد نیاز برای راهبری لامپ های فرابنفش می پردازند. منبع تامین نیرو و بالاست ها در ترکیب بندی های مختلف ارائه می شوند و بنا به نوع کاربری انتخاب می شوند. در سامانه های گندزدایی با پرتو فرابنفش از بالاست الکترونیکی، بالاست مغناطیسی یا مبدل ها استفاده می شود.

غلاف های کوارتزی لامپ: به منظور حفاظت و جلوگیری از تماس مستقیم لامپ با آب و شکستگی آن و راهبری لامپ ها در دمای بهینه، لامپ های UV مستغرق در داخل غلاف های کوارتزی قرار داده می شوند. به عنوان نمونه قطر این غلاف ها برای لامپ های LPLO و LPHO در حدود 2/5 cm و برای لامپ های MP در محدوده 10- 5 cm می باشد. ضخامت این غلاف ها معمولا 3- 2 mm می باشد.

سیستم پاک سازی

برای افزایش بازدهی سیستم های گندزدایی با اشعه ماورا بنفش و مقابله با اثرات کثیف شدگی لامپ های UV، غلاف های کوارتزی به صورت دوره ای پاکسازی می شوند. از دو روش کلی برای پاک سازی استفاده می شود که شامل پاک سازی شیمیایی خارج از خط و پاک سازی مکانیکی در خط می باشد. روش پاک سازی مورد استفاده بر اساس ساختار راکتور و نوع لامپ های UV انتخاب می شود. معمولا از روش پاکسازی شیمیایی خارج از خط برای ساختارهایی با لامپ های فرابنفش LPLO و LPHO و از روش پاکسازی فیزیکی در خط در سیستم های گندزدایی با لامپ های فرابنفش MP و برخی از سیستم های LPHO استفاده می شود.

حسگر شدت تابش فرابنفش

مشابه با پایشگرهای باقی مانده کلر در خط که برای بررسی و ارزیابی مداوم عملکرد سیستم های کلرزنی استفاده می شود، در سیستم های گندزدایی با اشعه فرابنفش نیز از حسگرهای شدت تابش UV استفاده می شود. حسگر شدت تابش پرتو ماورا بنفش برای پایش و ارزیابی دور و مقدار پرتو UV در نقاط مختلف راکتور می باشد. ارزیابی مستمر مقدار پرتو فرابنفش در نواحی مختلف، نشانگر تغییر در خروجی لامپ ناشی از تنظیمات برق لامپ می باشد و موجب افزایش عمر لامپ، و افزایش عمر غلاف های کوارتزی می شود.

حسگر حرارت

سیستم های گندزدایی با UV عموما از حسگرهای حرارتی برای ارزیابی و مانیتور دمای آب در داخل راکتور بهره می گیرند. در حالتی که دمای جریان آب در راکتور بیشتر از محدوده راهبری راکتور باشد، ممکن است سیستم برای مدتی خاموش شود تا از گرم شدن بیش از حد لامپ جلوگیری شود.

انتخاب سیستم مناسب ضدعفونی کننده فرابنفش

انتخاب سیستم گندزدایی و تصفیه با اشعه UV بر اساس سه فاکتور کلیدی شامل ویژگی های هیدرولیکی راکتور، شدت تابش فرابنفش مورد نیاز، و ویژگی های آب یا فاضلاب صورت می گیرد. مورد اول که ویژگی های هیدرولیکی راکتور می باشد توسط سازنده تعیین می شود. مورد دوم توسط طراحی و شرایط عملیاتی و نگهداری کنترل و تعیین می شود و مورد سوم در تجهیزات تصفیه بایستی کنترل شود. هریک از فاکتورهای مهم در انتخاب سیستم UV مناسب در زیر بررسی شده است:

ویژگی های هیدرولیکی راکتور

ویژگی های هیدرولیکی راکتور در هنگام طراحی و تولید توسط شرکت تولید کننده تعیین می شود. برای دستیابی به بالاترین بازدهی مطلوب است که در سیستم گندزدایی با پرتو فرا بنفش، جریان سیال به صورت یکنواخت و با حرکت محوری و شعاعی در راکتور جریان یابد تا بالاترین تماس را با پرتوهای فرابنفش داشته باشد. مسیری که یک ارگانیسم در طی راکتور طی می کند تعیین کننده مقدار پرتو ماورای بنفشی خواهد بود که دریافت می کند. برای دستیابی به بالاترین بازدهی، طراحی راکتور باید به صورتی باشد که مسیرهای کوتاه جریان و یا نواحی مرده برای جریان جلوگیری کند، زیرا این نواحی مدت زمان تماس آلاینده ها با نور UV را کاهش می دهند.

شدت تابش فرابنفش مورد نیاز

شدت تابش فرابنفش در طی فرایند تصفیه با تابش UV تحت تاثیر طراحی و شرایط نگهداری و عملیاتی می باشد. به طور خاص، عواملی که بر شدت تابش فرابنفش تاثیر می گذارند شامل عمر لامپ ها، گرفتگی و رسوب گیری لامپ ها، ساختار و محل قرارگیری لامپ های فرابنفش در راکتور می باشند.

ویژگی های آب یا فاضلاب

ویژگی های آب یا فاضلاب در محل تصفیه کنترل می شود و شامل شدت جریان، مقدار ذرات جامد و معلق، دانسیته باکتری، و سایر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی جریان سیال می باشد. غلظت TSS و غلظت میکروارگانیسم های وابسته به ذرات تعیین کننده مقدار تابش فرابنفشی هستند که نهایتا به میکروارگانیسم های هدف خواهند رسید. هرچه غلظت ها بالاتر باشد، مقدار تابش UV جذب شده توسط ارگانیسم ها کمتر و در نتیجه بازدهی فرایند گندزدایی با UV کمتر خواهد بود. تاثیر ویژگی های مختلف فاضلاب بر گندزدایی با پرتو ماوراء بنفش در جدول زیر اشاره شده است:

راهبری و نگهداری سیستم گندزدایی با UV

راهبری و نگهداری صحیح و مناسب سیستم گندزدایی با پرتو فرابنفش تضمین کننده انتقال پرتوهای UV به ارگانیسم ها و عملکرد موثر سیستم و بازدهی بالا در حذف ارگانیسم ها خواهد بود. تمامی سطوح بین پرتو فرابنفش و ارگانیسم های هدف بایستی تمیز باشد، و تجهیزات سیستم گندزدایی با UV شامل بالاست ها، لامپ های UV، و راکتور بایستی با بالاترین بازدهی خود عمل کنند.

پاک سازی نامناسب و ناکافی سیستم گندزدایی یکی از متداول ترین دلایل افت بازدهی در گندزدایی با UV می باشد. تمامی لوله ها و مسیرهای جریان باید توسط تجهیزات مکانیکی، اولتراسونیک و یا مواد شیمیایی پاک سازی و تمیز شوند. دوره های پاک سازی برای هر سیستم متفاوت می باشد.

تجهیزات گندزدایی با UV باید به نحوی در سایت قرار گیرند که راهبری و نگهداری از سیستم به سهولت و با اطمینان انجام شود. شماری از فعالیت هایی که عموما برای نگهداری و عملکرد مناسب سیستم گندزدایی با پرتو فرابنفش انجام می شوند به شرح زیر هستند:

– کنترل و کالیبره کردن آنالیزرهای پرتو فرابنفش در خط
– کنترل غلاف های کوارتزی و تجهیزات خشک کننده جهت جلوگیری از نشت های احتمالی
– کنترل کارایی سیستم پاک سازی به صورت ماهیانه. در صورتیکه سیستم تصفیه UV دارای سیستم شستشوی اتوماتیک نباشد، غلاف های کوارتزی بایستی به صورت دستی پاک شوند.
– کنترل محفظه سیال پاک سازی هر شش ماه یکبار
– جایگزینی لامپ های UV در صورت نیاز
– جایگزینی و تعویض غلاف های کوارتزی در صورت نیاز

شرکت آب و صنعت آرینا تولید کننده تخصصی انواع مخازن و هوزینگ های تصفیه آب در ایران به صورت آلیاژی مطابق با استاندارد های روز دنیا میباشد جهت دریافت اطلاعات بیشتر و سفارش تولید تماس بگیرید.